Устройство лабораторного стенда

Лабораторный стенд выполнен на щитовой стойке КИПиА. Принципиальная схема стенда приведена на рис. 3.1.

Объект регулирования ТОР представляет собой малогабаритную электрическую печь сопротивления мощностью 60 ВА. Питание ее осуществляется от источника, включающего лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), двухполупериодный выпрямитель (В), показывающие амперметр А и вольтметр V, балластное сопротивление R_б, вводимого в цепь тумблером S₄ «Нагрузка».

Рис. 3.1. Принципиальная схема АСР температуры электрической печи:

ТОР – электрическая печь сопротивления; R_н – нагревательный элемент; ТП – термопара; М₁ – вентилятор; S₁¸ S₅ – выключатели: «Приборы», «Объект», «Регулятор», «Нагрузка», «Вентилятор»; SA₁ – трехфазный разъем; SA₂ – переключатель режимов управления; ПН – преобразователь нормирующий; AmA – автоматический миллиамперметр; РЗ – задатчик; mA – миллиамперметр показывающий; Р21 – регулятор автоматический; QK – станция управления двухкнопочная; АУ – усилитель мощности; М₂ – электропривод; ЛАТР – автотрансформатор; В – выпрямитель; R_б – резистор балластный; А – амперметр; V – вольтметр

Температура в объеме печи измеряется промышленной термопарой (ТП) типа ТХК. Нормирующий преобразователь (ПН) типа ПТ–ТП–63 преобразует термоЭДС термопары в унифицированный сигнал постоянного тока (0¸ 5 мА). Измерение и регистрация тока осуществляется автоматическим миллиамперметром (AmA) типа КСУ1.

Заданное значение температуры Q_зад устанавливается ручным задатчиком РЗ, функцию которого выполняет блок управления БУ12 (нажата клавиша Р), и контролируется показывающим прибором (mA) типа В12. Текущее значение температуры Q_тек, преобразованное в унифицированный токовый сигнал (0¸ 5 мА) нормирующим преобразователем ПН, подается на вход автоматического регулятора Р21. На выходе регулятора формируются импульсы напряжения амплитудой ±24 В, которые усиливаются по мощности амплитудно-тиристорным усилителем АУ и преобразуются в переменное напряжение 220/380 В. В структуре регулятора магнитно-тиристорный усилитель АУ типа У23 выполняет функцию пускового устройства. Нагрузкой усилителя У23 является электродвигатель М2 исполнительного механизма МЗТА.

Выбор режима управления – ручной или автоматический – осуществляется переключателем SA₂. Режим ручного управления реализуется кнопками М, Б выключателя QK.

Задание 1. Изучение устройства стенда

1. Рассмотрение принципиальной схемы (см. рис. 3.1), расположения приборов и органов управления на передней панели, выяснение назначения отдельных элементов АСР и их взаимодействия (см. рис. 3.2) осуществляется в процессе домашней подготовки к выполнению работы. Это задание защищается при допуске к работе.

2. Проверка работоспособности объекта, регулятора и стенда в целом.

Порядок выполнения задания:

а) подать напряжение на стенд (выключатель SA₁). Его наличие индицирует сигнальная лампа HL;

б) включить питание приборов (выключатель S₁). Тумблерами на автоматическом миллиамперметре КСУ1 включить его питание и лентопротяжный механизм. По движению диаграммной ленты и загоранию сигнальной лампы прибора фиксируется наличие питания прибора;

в) включить питание объекта регулирования (выключатель S₂). Переключатель SA₂ установить в положение «Ручное» управление. Кнопками QK «Меньше», «Больше» установить по вольтметру PV напряжение 220 дел;

г) прибором КСУ1 осуществлять регистрацию кривой разгона объекта до установившегося состояния;

д) включить питание регулятора (выключатель S₃). На блоке управления БУ12 нажать клавишу «Р» и, вращая его ручку, по прибору В12 установить задание 30 %;

е) переключатель SA₂ перевести в положение «Автоматическое управление». Изменяя задание с помощью блока управления БУ12, добиться погасания сигнальных ламп регулятора Р21. Изменяя задание в большую и меньшую сторону от равновесного, по загоранию сигнальных ламп убедиться в работоспособности регулятора Р21;

ж) с помощью выключателей S₄ и S₅ убедиться в работоспособности вентилятора и изменении нагрузки объекта.

По заданию 1 в отчете фиксируется:

· Структурная схема взаимодействия элементов стенда (рис. 3.2).

· Перечень элементов стенда с указанием их функционального назначения (подрисуночный текст рис. 3.2).

3.1.3. Определение показателей свойств объекта
в установившемся режиме

Взаимосвязь между приращениями температуры DQ и мощности DW электрической печи сопротивления в рабочем диапазоне аппроксимируется линейным уравнением

DQ = К_об × DW, (3.1)

где К_об – коэффициент передачи объекта.

Коэффициент К_об отражает статические свойства печи. Если некоторой мощности W_м отвечает температура Q_м, то коэффициент К_об можно выразить в относительных единицах

. (3.2)

В динамическом отношении тепловые объекты аппроксимируются инерционным звеном первого порядка с запаздыванием

, (3.3)

или

, (3.4)

где t_об – запаздывание;

Т_об – постоянная времени;

W(p) – передаточная функция объекта.

Коэффициенты t_об, Т_об отражают динамические свойства объекта.

 

Рис. 3.2. Структурная схема установки АСР температуры:

1 – нагревательный элемент электрической печи сопротивления; 2 – датчик температуры; 3 – нормирующий преобразователь; 4 – задатчик; 5 – автоматический регулятор; 6 – переключатель режимов управления; 7 – кнопки управления; 8 – пусковое устройство; 9 – исполнительный механизм; 10 – регулирующий орган; 11 – измерители управляющего воздействия; 12 – источник возмущающего воздействия по нагрузке; 13 – колонка дистанционного управления; 14 – дистанционный указатель положения; 15 – измерение заданной температуры; 16 – измерение текущей температуры

 

В табл. 3.1 приведена взаимосвязь между Q и W в установившемся режиме при естественном и принудительном охлаждении печи.

На рис. 3.3 показан образец кривой разгона электрической печи сопротивления Q(t), записанной на диаграммной ленте автоматического миллиамперметра, и дана иллюстрация графического метода обработки (метод касательной) по определению статических К_об и динамических t_об и Т_об показателей свойств объекта. Т_оби t_об, полученные в единицах длины диаграммной бумаги (L, l (мм)), переводятся в единицы времени (с) в соответствии с уравнениями

, , (3.5)

где v = 200 мм/час = 1/18 мм/с – скорость продвижения диаграммной бумаги.

Таблица 3.1

Статические характеристики электрической печи

Ток, отн. ед.	Напряжение, отн. ед.	Мощность, отн. ед.	Температура, отн. ед
естественное охл.	принудит. охл.
Rн = 0	Rн = 2 Ом	Rн = 0
0, 0770		15, 40	3, 40	3, 08	3, 10
0, 0820		17, 22	3, 72	3, 26	3, 40
0, 0850		18, 70	3, 94	3, 50	3, 60
0, 0890		20, 47	4, 20	3, 73	3, 85
0, 0925		22, 20	4, 47	3, 98	4, 05
0, 0970		24, 25	4, 69	4, 20	4, 30
0, 1000		25, 60	4, 85	4, 39	4, 43

 

На практике часто используют аналитический метод определения t_об, Т_обпо кривой разгона, предложенный Орманном (см. рис. 3.3). Для этого определяют интервалы времени t₄ и t₇, для которых соответствующие температуры на кривой разгона равны

, . (3.6)

Запаздывание t_об и постоянная времени Т_обподсчитываются по уравнениям

(3.7)

После определения t_об, Т_об проводится сравнение ординат температуры экспериментальных Q и рассчитанных Q^* в трех точках:

, , . (3.8)

Рис. 3.3. Кривые разгона печи Q(t) при ступенчатом изменении
мощности на DW = W₂ – W₁ в t₁ и t₂ и их обработка

 

Расчетные значения ординат температуры:

,

, (3.9)

.

Для снятия экспериментальных ординат температуры с кривой разгона временные интервалы t₄, t₈, t₂₀ пересчитываются в единицы длины диаграммной бумаги в соответствии с уравнением (3.5)

. (3.10)

Если ошибка (3.11)

превышает 10 %, то проводится корректировка величин t_об, Т_об.

Задание 2. Определение показателей свойств
электрической печи сопротивления

1. Снять кривую разгона печи сопротивления по каналу регулирующего воздействия.

Эксперимент проводится в режиме ручного управления. Включить питание стойки (трехфазный разъем и переключатель «Сеть»), «Приборы» S₁ и «Объект» S₂. Кнопками QK задать (определенное преподавателем) начальное значение мощности

W₁ = I₁ × V₁, (3.12),

где I₁, V₁ – показания амперметра и вольтметра.

Дождаться пока показания автоматического миллиамперметра Q₁ будут оставаться неизменными в течение 3–5 минут. Зафиксировать начальный момент времени t₁ и одновременно включить секундомер и тумблер S₄ «Нагрузка». При заметном «на глаз» движении пера автоматического миллиамперметра остановить секундомер. Это время характеризует экспериментальное значение запаздывания . Записать показания амперметра I₂ и вольтметра V₂. Регистрацию температуры печи проводить до нового установившегося состояния Q₂.

Зафиксировать новое начальное состояние t₂ и повторить опыт по определению t_об и записи кривой разгона при переводе тумблера S₄ «Нагрузка» в исходное состояние. Эксперимент можно закончить, когда ошибка

(3.13)

будет меньше 5% (см. рис. 3.3).

Снять диаграммную ленту и приступить к обработке кривой разгона.

Рекомендуется проводить фиксацию начальных времен t₁, t₂ в момент прохождения пера через горизонтальную линию диаграммной бумаги.

 

2. Обработка кривой разгона.

Коэффициент передачи печи К_об рассчитывается по уравнению

, (3.14)

где Q₂, Q₁ и W₂, W₁ – установившиеся значения и начальные значения температуры и электрической мощности печи.

В расчетах используется безразмерная величина

, (3.15)

где Q_max, Q_min, W_max, W_min – максимальные и минимальные значения температуры и мощности.

На кривой разгона найти точку перегиба (а₁ и а₂) и провести к этой точке касательную (А₁–А₂, В₁–В₂). Для повышения точности результатов рекомендуется проводить касательную с использованием зеркала. Все построения выполнять тонко заточенным карандашом и прозрачной линейкой.

Расчеты t_об и Т_об по методу Орманна и результаты проверки совпадения ординат температуры в расчетных точках t₄, t₈, t₂₀ приложить к отчету. Конечные экспериментальные и расчетные значения параметров печи свести в таблицу (образец таблицы дан ниже).

Таблица 3.2

Результаты определения К_об, t_об, Т_об

Эксперимент	I	V	DW	DQ	Коб		Метод касательной	Метод Орманна
tоб	Тоб	tоб	Тоб
среднее

3.1.4. Изучение принципа действия электропривода постоянной скорости и регулирующего устройства Р21. Измерение полного хода электропривода и проведение настройки
регулирующего устройства Р21

Регулятор Р21 предназначен для автоматической выработки управляющего сигнала ( в виде импульсов напряжения постоянного тока амплитудой ±24 В, знак которого определяется знаком сигнала ошибки регулирования e) на исполнительные механизмы постоянной скорости, совместно с которым он формирует изодромный (пропорционально–интегральный) закон регулирования

, (3.16)

где Т_дф – постоянная времени балластного звена (демпфера);

К_р, Т_и – коэффициент передачи и время изодрома – параметры настройки регулятора.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: